第三章机械产品的功能原理设计

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1、第三章机械产品的功能原理设计功能原理设计的概念机械产品设计的最初环节，是先要针对该产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理性设计，可以简称为“功能原理设计”。包括两个方面：功能分析——由总功能分解为分功能，最后做出功能结构图的过程。工作原理设计——确定实现功能的工作原理工作原理的概念：物理效应（如图3-1中的摩擦、离心力、气吹等）+作用原理（即作用件，如图3-1中的摩擦轮、转动架、气嘴等）设计一台点钞机，首先构思将钞票逐张分离的工作原理。功能原理设计的重点提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多的解法供比较选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要

2、有成熟的考虑，因此只需用简图或示意图来表示所构思的内容。功能原理设计的重要性是对产品的成败起决定性作用的工作原理方案的拟定和构思从质的方面决定了设计的水平是产品设计和实现创新的关键阶段火车演变的例子一个好的功能原理设计应该既有创新构思，又应同时考虑其市场竞争力。因为脱离市场需求的盲目创新是没有意义的。——一次成像照相机的例子任何一种机器的更新换代都存在三个途径:改革工作原理例如用激光打孔机替代机械钻，使一些精密仪器、仪表的精度得到很大的提高。通过改进工艺、结构和材料提高技术性能例如螺纹的加工工艺加强辅助功能使其更适应使用者的心理新工艺、新材料的出现也促进了新工作原理的产生。——例如

3、液晶材料的实用化，促使钟表的工作原理发生了本质的变化。第一节功能原理设计的工作特点和工作内容一、功能原理设计的工作特点1)是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化的设计。2)引入某种新技术(新材料、新工艺、……)，但首先要求设计人员有一种新想法(NewIdea)、新构思。3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。例如，机械表不论在技术上如何改进，其走时的精确性始终不可能和石英电子表相媲美。当然，在实践中，每一个功能原理设计不一定都能体现上述三个特点，而能体现这三个特点的，则应该是高品位的功能原理设计。二、功能原理设计的任务和主要工作内容任务：针对某一确定

4、的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。举例：喷墨打印技术主要工作内容：明确功能目标，构思能实现功能目标的新的解法原理。举例柔性制造系统中运输小车的改进设计分析：以前的运输系统是采用地面下埋设电缆用电磁感应的方式来进行导向的，该种方式的缺点是：铺设电缆的费用昂贵且不易调整运输路线。举例：柔性制造系统中运输小车的改进设计通过调查分析，明确了以下几点功能目标：1)装设导向系统的费用应较小。2)允许扩充和调整设备，变动运输路线。3)在拥挤的工作环境中小车能灵活运行。4)在工件转接站上小车能准确定位。针对上述功能目标，提出下面一些原

5、理性的设想作为新的解法原理：1)应用惯性导航技术，利用所设参考点用预置程序给出理论轨迹并作轨迹误差的修正。2)应用传感器引导绕过障碍物。3)在工件转接站上用超声波定向，使小车实现准确定位。为实现上述原理性设想，必须设计新的小车以实现灵活运动和准确定位的可能性。FZ23型：中枢用两个驱动轮驱动，可实现进退和转弯。车架可绕中枢回转，以保证与转接站对接时的方位调整。一、功能的含义功能是对于某一产品特定工作能力的抽象化描述。第二节功能、功能单元和功能结构（洗衣机的功能是使衣物中污垢从纤维中分离出来）功能的定义：是指某一机器(或装置)所具有的转化能量、运动或其它物理量的特性。系统工程学把一个

6、机械产品看成技术系统，在设计初期时该技术系统还不清楚，故用“黑箱”（BlackBox）来描述功能。系统工程学对功能的定义：一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其输入量和输出量之间的相互转换的关系。用来整理、清点、计数，最后按50枚一卷将硬币用纸包卷起来；也可以在计数后装袋而不包卷。硬币计数包卷机“黑箱”只是描述了从技术系统外部观察到的“功能特点”，而黑箱的内部结构是未知的，是需设计者进行具体构思和设计的。系统工程学中的“白箱”和“灰箱”，则指内部结构完全已知或部分已知的技术系统。设计者的任务就是使“黑箱”变成“白箱”，这个技术系统就设计出来了。技术系统的功能（任务）就是将输入量转

7、换为输出量。所以技术系统也可看作是一个转换装置。（1）物料用双线箭头表示可以是固体、液体、气体、混合物金属机床水泵天然气管道汽车包括机械能、电能、热能、光能、化学能、核能、生物能等……机械能的描述：力和运动平移：力、线速度旋转：转矩、角速度振动：振幅、频率（2）能量用实线箭头表示①输入信号一般为控制信号开关控制、大小/速度/流量/强度控制②输出信号一般为状态信号，可以是测量值、指示值温度、压力、粗糙度、位置、报警信号……（3）信号用虚线箭头表示，可以是数字信号、模拟信